Design and prototyping of sub millimeter-period undulators for free electron laser
Serbest elektron lazeri için milim alti periyotlu salındırıcı tasarım ve üretimi
- Tez No: 680375
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM BURÇ MISIRLIOĞLU, DOÇ. DR. OZAN AKDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 82
Özet
17. yüzyılda optik mikroskopun icadı, mikroorganizmanın dünyasına ışık tutmuştur ve daha sonra 1931'de elektron mikroskoplarının icadı ile nanometre ve daha küçük boyutlardaki yapıların dünyası gözler önüne serilmiştir. Daha güçlü bir görüntüleme cihazı olarak Serbest Elektron Lazeri (SEL), 1971'de John Madey tarafından icat edildi. SEL, aynı anda hem ultra-küçük (100 nm'nin altında) ve hem de ultra-hızlı (fs'ye kadar) bir dünyanın görüntülenmesini sağlamıştır. Moleküllerin hidrojen transfer süresi (~ 1 ns), spinlerin manyetik alan altında dönme süresi (~ 10 ps) ve bilgisayardaki hesaplama süresi (~ 1 ns) ultra hızla gelişen olaylara örnek olarak verilebilir. Tipik bir SEL'de elektron demeti, elektron hızlandırıcısında ışık hızına yakın hızlara ivmelendirilir. Bunu takiben e-demeti salındırıcıdan geçer; bu cihaz, hava boşluğu ile birbirinden ayrılan iki paralel mıknatıs dizisinden oluşur. Her dizide mıknatıslar, kutup polariteleri her seferinde değiştirilerek ardışık şekilde sıralanmıştır. Salındırıcı içinde oluşan manyetik alanın devamlı değişken yapısı nedeniyle, elektronlar düz gitmek yerine, sinüzoidal bir yol izleyerek elektronları radyasyon enerjisi yaymaya zorlar. SEL, dalga boyu milimetreden x-ray'e (XSEL) uzanan ayarlanabilir, eş fazlı, monokromatik, yüksek akı ve parlaklık değerinde radyasyon üretir. XSEL'in önemli parametrelerinden biri, x-ışını radyasyonu üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olan salındırıcı periyodudur. Şu anda Dünyadaki en büyük XSEL'lerden olan LCLS / SLAC'da, 3 cm'lik salındırıcı periyodu ve enerjisi ~ 14 GeV olan e-demeti kullanılarak, 1,5 A dalga boyunda çıkış radyasyonu oluşturabilmektedir. Bu tür yüksek enerjili e-demeti sadece büyük hızlandırıcı tesislerinde üretilebilir. Salındırıcı periyodunu 3 cm'den 300 μm'ye (milim altı periyot) düşürmek, gerekli e-demet enerjisini 1,4 GeV'ye düşürebilmektedir. Sonuç olarak, daha kompakt e-demet kaynakları kullanılabilir ve XSEL'ler özel uygulamalar için kolayca kullanılabilir hale getirebilirler. Başka bir bakış açısıyla bakıldığında, milim altı periyotlu salındırıcı, yüksek enerjili elektron hızlandırıcıları ile birleştiğinde, bilimdeki yeni keşiflere yol açacak gama ışınları gibi daha yüksek enerjili radyasyon üretebilecektir. Bu çalışmada, milim altı periyotlu salındırıcı tasarlanacak ve prototipi üretilecektir. E-demet buharlaştırma, triyot püskürtme ve foto/e-demet litografi sistemleri kullanılarak nano/mikro boyutlu mıknatıslar sentezlenecektir. Sentezlenen mikro mıknatıslar, bilgisayar modellemeler sonucunda en uygun boyut ve dizlim kombinasyonuna karar verilerek, salındırıcı içine monte edilecektir. Sentezlenen gelişmiş mikro mıknatıslar, yeni nesil manyetik mikro-aletlerin yapı taşları olarak da kullanılabilecek olması unutulmamalıdır. Projenin nihai hedefi, çalışan bir XSEL'de salındırıcının test edilmesidir.
Özet (Çeviri)
The invention of the optical microscope in the 17th century shed light on the world of microorganisms, and later on, the invention of electron microscopes in 1931 opens up the world of structures in sub-nanometer dimensions. However, another but more powerful tool, Free Electron Laser (FEL), was invented in 1971 by John Madey. FEL shed light on a world, which is at the same time ultra-small (below 100 nm) and ultra-fast (down to fs), such as the hydrogen transfer time of the molecules (~1 ns), the spin precession time (~10 ps) and computing time (~1 ns). In a typical FEL, a beam of electrons is accelerated to almost the speed of light in an electron accelerator. E-beam then passes through an undulator; an insertion device consists of two parallel arrays of magnets with alternating polarity, facing each other with an air gap in between. Due to the alternating pattern of the magnetic field, electrons follow a sinusoidal path instead of going straight, which radiates energy. A Free Electron Laser generates tunable, coherent, high-power radiation, currently spanning wavelengths from millimeter to x-ray (XFEL). One of the critical parameters of the XFEL is the undulator period which has a direct effect on the x-ray radiation. The current state of the art of XFEL'S; LCLS/SLAC uses an undulator period of 3 cm and creates an output radiation wavelength down to 1.5 A using an e-beam with the energy of ~14 GeV. However, this kind of high-energy e-beam could only be generated on gigantic accelerator facilities. Reducing the undulator period from 3 cm to 300 μm (short-period) would reduce the required e-beam energy to 1.4 GeV. Consequently, more compact e-beam sources could be used and make XFELs readily available for special applications. In a different perspective, short-period undulators would generate higher energy radiation when coupled with high-energy electron accelerators, such as gamma rays, which would pave the way to discoveries in Science. In this study, sub-millimeter-period Undulators will be designed and prototyped. Micron size magnets will be synthesized by using e-beam evaporation, triode sputtering, photo, and e-beam lithography. The produced micro magnets will be assembled into an undulator after rigorous modeling. Also, advanced synthesized micro-magnets could be used as the building blocks of the next generation of magnetic micro-tools. The project's ultimate goal would be testing the undulator in a running XFEL.
Benzer Tezler
- Ekstrüzyona dayalı yapımda yeniden yapılandırma süreçleri için kavramsal bir çerçeve
A conceptual framework for the reconfiguration processes in extrusion-based making
HÜLYA ORAL KARAKOÇ
Doktora
Türkçe
2021
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERYEM BİRGÜL ÇOLAKOĞLU
- Design of stacker crane for mini-load automated storage and retrieval systems
Otomatik depolama ve boşaltma sistemi istifleyici vinç tasarımı
MUSTAFA BEKLEVİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞENAY MİHÇİN
- Mimari yapım teknolojileri – detay tasarımı etkileşiminin 3B baskı teknolojileri bağlamında uzman görüşü yöntemi ile belirlenmesi
Determination of architectural construction technologies - detail design interaction with the expert view method in the context of 3D printing technologies
SÜHAN ARTUĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET CEM ALTUN
- Bağlayıcı püskürtmeli metal eklemeli imalat cihazı tasarımı ve prototip imalatı
Binder jetting metal additive manufacturing device design and prototype manufacturing
YUSUF SACİD BARDAKÇI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CENGİZ KAYACAN
- Bir otomobil salıncağının topoloji optimizasyonu
Topology optimization of an automobile wishbone
ABDULKADİR NAZLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NESLİHAN ÖZSOY